第5章发酵工程制药详解
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生物制药工艺学5章生物制药工艺学
设备选型建议
优先选择技术成熟、性能稳定、操作简便、维护方便的设备，同时要考虑设备的 可扩展性和升级潜力。
车间布局规划原则和实例展示
车间布局规划原则
遵循工艺流程顺畅、物料搬运便捷、空间利用高效、安全卫 生等原则进行车间布局规划。
实例展示
以某生物制药企业的生产车间为例，展示如何根据生产工艺 流程、设备尺寸和产能等因素，合理规划车间布局，包括设 备摆放、物料存放、人员流动等方面的设计。
前景展望
随着科技的进步和生物医药需求的增长，生物制药产业将继续保持快速发展的势头。未来 ，生物制药将在疾病治疗、预防保健、农业、环保等领域发挥更大的作用，为人类健康和 生活质量的提高做出更大的贡献。
02 原料选择与预处理
原料来源及选择原则
动物源原料
选择健康、无疾病、品种明确的动物，确保 原料的安全性和有效性。
资源管理
合理配置人力、物力、财力等资源， 确保质量管理体系的顺利运行。
质量管理体系实施过程监控和持续改进方法论述
过程监控
建立过程监控机制，对关键过程进行实时监控，确保过程稳定和 受控。
数据分析
运用统计技术对数据进行分析，识别过程中的问题和改进机会。
持续改进
采用PDCA循环等方法，对过程进行持续改进，提高过程效率和 质量。
设备维护和保养制度建立
设备维护和保养的重要性
设备是生物制药生产的核心，良好的维护和保养制度能够确保设备稳定运行，延长设备使用寿命，减少故障停机 时间，提高生产效率。
设备维护和保养制度建立
制定详细的设备维护和保养计划，明确维护周期、保养内容和责任人；建立设备维护档案，记录设备维护历史和 故障处理情况；定期对设备进行预防性维护和保养，确保设备处于良好状态。
优先选择技术成熟、性能稳定、操作简便、维护方便的设备，同时要考虑设备的 可扩展性和升级潜力。
车间布局规划原则和实例展示
车间布局规划原则
遵循工艺流程顺畅、物料搬运便捷、空间利用高效、安全卫 生等原则进行车间布局规划。
实例展示
以某生物制药企业的生产车间为例，展示如何根据生产工艺 流程、设备尺寸和产能等因素，合理规划车间布局，包括设 备摆放、物料存放、人员流动等方面的设计。
前景展望
随着科技的进步和生物医药需求的增长，生物制药产业将继续保持快速发展的势头。未来 ，生物制药将在疾病治疗、预防保健、农业、环保等领域发挥更大的作用，为人类健康和 生活质量的提高做出更大的贡献。
02 原料选择与预处理
原料来源及选择原则
动物源原料
选择健康、无疾病、品种明确的动物，确保 原料的安全性和有效性。
资源管理
合理配置人力、物力、财力等资源， 确保质量管理体系的顺利运行。
质量管理体系实施过程监控和持续改进方法论述
过程监控
建立过程监控机制，对关键过程进行实时监控，确保过程稳定和 受控。
数据分析
运用统计技术对数据进行分析，识别过程中的问题和改进机会。
持续改进
采用PDCA循环等方法，对过程进行持续改进，提高过程效率和 质量。
设备维护和保养制度建立
设备维护和保养的重要性
设备是生物制药生产的核心，良好的维护和保养制度能够确保设备稳定运行，延长设备使用寿命，减少故障停机 时间，提高生产效率。
设备维护和保养制度建立
制定详细的设备维护和保养计划，明确维护周期、保养内容和责任人；建立设备维护档案，记录设备维护历史和 故障处理情况；定期对设备进行预防性维护和保养，确保设备处于良好状态。
发酵工程第五章
培养基特点：有利于菌体的生长，所使用 的原料已经基本接近于发酵培养基
发酵工程
3.一级种子培养 培养基：水解糖2.5%，尿素0.5%，玉米 浆 2.5%，K2HPO4 0.1%, ph7.0
培养条件：在种子罐中培养, 32℃培养7-10个小时
培养基的特点：长菌体，更接近于发酵培养基
发酵工程
最终发酵 培养基成分：水解糖2.5%；尿素0.5%，玉米
对于不产芽孢和孢子的微生物，实验室阶 段的种子扩培最终是获得一定数量和质量的菌 体。
如： 谷氨酸的种子培养。
发酵工程
b.对于产孢子的微生物 获得一定数量和质量的孢子 在固体培养基上产生大量孢子
获得一定数量和质量的菌丝体 在液体培养基中生产大量菌丝
发酵工程
2.2培养基选择的原则
培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对 孢子培养基应该是有利于孢子的生长。
发酵工程
根据文献记载，多数微生物，如病毒、 细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌等 都能冻干保藏。许多菌种用此法可保 藏10年以上。
发酵工程
5. 液氮超低温保藏法
几乎所有微生物及动物细胞等均可采用液 氮超低温保藏。只有少量对低温损伤敏感 的微生物例外。
发酵工程
液氮超低温保藏过程是将菌种悬浮液封存 于圆底安瓿管或塑料的液氮保藏管(材料应 能耐受较大温差骤然变化)内，放到-150～ -196℃的液氮罐或液氮冰箱内保藏。操作 过程中一大原则是“慢冻快融”。
发酵工程
为了减轻冷冻损伤程度，可采用保护剂。 如甘油和二甲亚砜。
发酵工程
注意：
液氮冷冻保藏管应严格密封。若有液氮渗 入管内，在从液氮容器中取出时，管中液 氮的体积将膨胀680倍，具很强的爆炸力， 必须特别小心。
发酵工程
3.一级种子培养 培养基：水解糖2.5%，尿素0.5%，玉米 浆 2.5%，K2HPO4 0.1%, ph7.0
培养条件：在种子罐中培养, 32℃培养7-10个小时
培养基的特点：长菌体，更接近于发酵培养基
发酵工程
最终发酵 培养基成分：水解糖2.5%；尿素0.5%，玉米
对于不产芽孢和孢子的微生物，实验室阶 段的种子扩培最终是获得一定数量和质量的菌 体。
如： 谷氨酸的种子培养。
发酵工程
b.对于产孢子的微生物 获得一定数量和质量的孢子 在固体培养基上产生大量孢子
获得一定数量和质量的菌丝体 在液体培养基中生产大量菌丝
发酵工程
2.2培养基选择的原则
培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对 孢子培养基应该是有利于孢子的生长。
发酵工程
根据文献记载，多数微生物，如病毒、 细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌等 都能冻干保藏。许多菌种用此法可保 藏10年以上。
发酵工程
5. 液氮超低温保藏法
几乎所有微生物及动物细胞等均可采用液 氮超低温保藏。只有少量对低温损伤敏感 的微生物例外。
发酵工程
液氮超低温保藏过程是将菌种悬浮液封存 于圆底安瓿管或塑料的液氮保藏管(材料应 能耐受较大温差骤然变化)内，放到-150～ -196℃的液氮罐或液氮冰箱内保藏。操作 过程中一大原则是“慢冻快融”。
发酵工程
为了减轻冷冻损伤程度，可采用保护剂。 如甘油和二甲亚砜。
发酵工程
注意：
液氮冷冻保藏管应严格密封。若有液氮渗 入管内，在从液氮容器中取出时，管中液 氮的体积将膨胀680倍，具很强的爆炸力， 必须特别小心。
生物制药发酵工程
工业化角度：利用微生物的生命活动来大量生产或积累各种 代谢产物的过程，可以在无氧或有氧的条件下进行。如酒精发 酵、乳酸发酵和丙酮、丁醇发酵、抗生素发酵、醋酸发酵、氨 基酸发酵和维生素发酵等。
发酵工程技术，即利用微生物的发酵现象（包括细胞培养过 程），通过现代工程技术手段进行规模化生产，获得各种特定 的有用物质。
化学工程的许多单元操作在发酵工程中都有广泛应用，两者 之间有很多的共性。
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发酵和提取。 发酵是指菌种在一定培养条件下生长繁殖，合成产物的过程， 包括发酵原料的选择及预处理、微生物菌种的选育及扩大培养、 发酵设备选择及工艺条件控制等； 提取是指利用物理、化学方法，对发酵液中的产物进行提取 和精制的过程，包括发酵产物的分离提取、废弃物的处理等。
任何菌种，在生产和保藏的传代过程中，总会有不断的变异、 衰退现象。因此，生产过程中应不断改造菌种性能、培养优良 菌株的育种，必须做好菌种的保藏与复壮，恢复菌种优良性能。
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发酵工程制药的常用菌种
类别
菌种
产物
用途
枯草杆菌
淀粉酶、蛋白酶
制葡萄糖、糊精、糖浆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌
大肠杆菌 短杆菌
酰胺酶 谷氨酸、肌苷酸
灰黄霉菌
灰黄霉素
医药
黄曲霉菌
淀粉酶
医药、化工
各类放线菌 放线 菌 小单孢菌
链霉素、金霉素、氯霉素、新生霉素 、卡那霉素、土霉素、红霉素
医药
庆大霉素
医药
球孢放线菌 甾体激素
医药
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培养基制备
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、繁殖、代谢和合成 各种产物的营养物质和原料，提供生长所必需的环境条件。
发酵工程技术，即利用微生物的发酵现象（包括细胞培养过 程），通过现代工程技术手段进行规模化生产，获得各种特定 的有用物质。
化学工程的许多单元操作在发酵工程中都有广泛应用，两者 之间有很多的共性。
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发酵和提取。 发酵是指菌种在一定培养条件下生长繁殖，合成产物的过程， 包括发酵原料的选择及预处理、微生物菌种的选育及扩大培养、 发酵设备选择及工艺条件控制等； 提取是指利用物理、化学方法，对发酵液中的产物进行提取 和精制的过程，包括发酵产物的分离提取、废弃物的处理等。
任何菌种，在生产和保藏的传代过程中，总会有不断的变异、 衰退现象。因此，生产过程中应不断改造菌种性能、培养优良 菌株的育种，必须做好菌种的保藏与复壮，恢复菌种优良性能。
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发酵工程制药的常用菌种
类别
菌种
产物
用途
枯草杆菌
淀粉酶、蛋白酶
制葡萄糖、糊精、糖浆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌
大肠杆菌 短杆菌
酰胺酶 谷氨酸、肌苷酸
灰黄霉菌
灰黄霉素
医药
黄曲霉菌
淀粉酶
医药、化工
各类放线菌 放线 菌 小单孢菌
链霉素、金霉素、氯霉素、新生霉素 、卡那霉素、土霉素、红霉素
医药
庆大霉素
医药
球孢放线菌 甾体激素
医药
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培养基制备
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、繁殖、代谢和合成 各种产物的营养物质和原料，提供生长所必需的环境条件。
发酵工程 第5章 氧的供需与传递
kG (p - pi ) k L (ci - cL )
单位接触界面氧的传递速率：
通常，不可能测定界面处的氧分压和氧浓度。
为方便计算，氧传递速率用总传质系数和总推动 与力两表个示推：动力相对应的阻力是气膜阻力1/kG和液膜 阻力1/kL。
单位接触N界A面 氧p1的kGp传I 递C速1I k率LC为L 推p1动K力pG与 阻C1力K之CL L比。
根据培养的目的不同，选取不同的供 氧条件：
★获取细胞本身：保持溶解氧的浓度高于临界溶 氧浓度。从而满足微生物的最大需氧而得到最高 的微生物的细胞产量。 ★以获得细胞代谢产物为目的，溶氧对代谢产物 影响有不同的情况。
第2节 培养过程中氧的传质理论
一、氧的传递途径与传质阻力
好氧微生物只能利用溶解态的氧，因此气态中的 氧需要经过一系列的传递步骤和克服阻力到液相。 氧的传递途径是气相中的氧溶解在发酵液中，再传 递到细胞内的呼吸酶位置上而被利用。
3. 氧分压（亨利公式）
三、微生物的临界氧浓度
耗氧速率受 氧浓度影响
微生物对发酵液中的溶解氧有一个最低要求。
临界溶氧浓度(Ccr)：当培养基中不存在其它限制性基质 时，不影响好氧性微生物繁殖的最低的溶解氧的浓度。
微生物的临界氧浓度大约是饱和浓度的1％-25％。
氧的饱满度：溶解氧的 浓度与临界氧浓度之比。
KG ( p p) KL (C CL )
（5-2）
KG——以氧分压差为总推动力的总传质系数。 KL——以氧浓度差为总推动力的总传质系数。
氧的传递速率方程
OTR=KLa (c*-cL)或=KG a (p-p*) （5-16）
▪氧从空气泡到细胞的总传递阻力（1/Kt）为上述 各项传递阻力的总和。 ▪这种传递阻力有主次之分： ✓氧是难溶气体，供氧方面阻力3）较为显著； ✓耗氧方面阻力主要是7）8）； ✓当细胞以游离状态存在于液体中时，阻力7）细 胞团内的传递阻力消失； ✓而当细胞吸附在气液界 面上时，阻力4）5）6）7） 消失。
单位接触界面氧的传递速率：
通常，不可能测定界面处的氧分压和氧浓度。
为方便计算，氧传递速率用总传质系数和总推动 与力两表个示推：动力相对应的阻力是气膜阻力1/kG和液膜 阻力1/kL。
单位接触N界A面 氧p1的kGp传I 递C速1I k率LC为L 推p1动K力pG与 阻C1力K之CL L比。
根据培养的目的不同，选取不同的供 氧条件：
★获取细胞本身：保持溶解氧的浓度高于临界溶 氧浓度。从而满足微生物的最大需氧而得到最高 的微生物的细胞产量。 ★以获得细胞代谢产物为目的，溶氧对代谢产物 影响有不同的情况。
第2节 培养过程中氧的传质理论
一、氧的传递途径与传质阻力
好氧微生物只能利用溶解态的氧，因此气态中的 氧需要经过一系列的传递步骤和克服阻力到液相。 氧的传递途径是气相中的氧溶解在发酵液中，再传 递到细胞内的呼吸酶位置上而被利用。
3. 氧分压（亨利公式）
三、微生物的临界氧浓度
耗氧速率受 氧浓度影响
微生物对发酵液中的溶解氧有一个最低要求。
临界溶氧浓度(Ccr)：当培养基中不存在其它限制性基质 时，不影响好氧性微生物繁殖的最低的溶解氧的浓度。
微生物的临界氧浓度大约是饱和浓度的1％-25％。
氧的饱满度：溶解氧的 浓度与临界氧浓度之比。
KG ( p p) KL (C CL )
（5-2）
KG——以氧分压差为总推动力的总传质系数。 KL——以氧浓度差为总推动力的总传质系数。
氧的传递速率方程
OTR=KLa (c*-cL)或=KG a (p-p*) （5-16）
▪氧从空气泡到细胞的总传递阻力（1/Kt）为上述 各项传递阻力的总和。 ▪这种传递阻力有主次之分： ✓氧是难溶气体，供氧方面阻力3）较为显著； ✓耗氧方面阻力主要是7）8）； ✓当细胞以游离状态存在于液体中时，阻力7）细 胞团内的传递阻力消失； ✓而当细胞吸附在气液界 面上时，阻力4）5）6）7） 消失。
发酵工程技术制药
• 膜别离的分类 • 〔1〕反渗透法 • 〔2〕超滤法
〔1〕反渗透法
• 根据物理化学的原理，当含有溶质A的溶液B与另一渗透 液C之间被半透膜隔开的时候，由于系统渗透压的作用， 渗透液C 便会进入到溶液B之中，这种现象称为渗透现象。 形成这种渗透的压力就自然称为渗透压〔π〕
• 如果在溶液B一方施加压力〔⊿P〕，发现渗透液C进入 溶液B的速率就会减小。 当压力〔⊿P〕=渗透压〔π〕时，渗透现象就会停止。
• 〔3〕容易实现自控操作。 • 〔4〕能够防止系统的反复加热和冷却，可
提高热利用率。是目前很多制药厂经常采 用的方法。
〔4〕连续灭菌法的缺乏
• 〔1〕投资较大，
• 〔2〕需要同时设置加热、冷却装置。
4：空气加热灭菌法
• 利用空气压缩时产生的高温，使得微生物体内的蛋白质变 性，而到达杀菌目的，这种方法称为空气加热灭菌法。
↓ 进入发酵罐，开始生产。
鼓式过滤 ↓
第一次萃取器 ↓
纯化柱 ↓
第二次萃取器 ↓
第三次萃取器
↓ 真空结晶釜
↓ 瓷过滤器
↓ 结晶洗涤釜
↓ 真空枯燥器〔结束〕
•生产细则
•〔1〕使用消沫剂，由于发酵过程中产生大量的CO2，会产 生大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处 理。
•〔2〕温度控制在24-30℃、PH值控制在6. 8--7.2。
• 萃取的分类 • 〔1〕有机溶剂萃取 • 〔2〕双水相萃取
〔1〕有机溶剂萃取
• 许多抗生素都能够溶解在有机溶剂之中，如乙 酸乙酯、乙酸丁酯、因此，通过萃取，可使得 抗生素从水相进入有机相之中，从而实现别离。
• 由于抗生素在有机溶剂之中极不稳定，因此， 在保证萃取效率的前提条件下，必须尽量缩短 操作时间。
〔1〕反渗透法
• 根据物理化学的原理，当含有溶质A的溶液B与另一渗透 液C之间被半透膜隔开的时候，由于系统渗透压的作用， 渗透液C 便会进入到溶液B之中，这种现象称为渗透现象。 形成这种渗透的压力就自然称为渗透压〔π〕
• 如果在溶液B一方施加压力〔⊿P〕，发现渗透液C进入 溶液B的速率就会减小。 当压力〔⊿P〕=渗透压〔π〕时，渗透现象就会停止。
• 〔3〕容易实现自控操作。 • 〔4〕能够防止系统的反复加热和冷却，可
提高热利用率。是目前很多制药厂经常采 用的方法。
〔4〕连续灭菌法的缺乏
• 〔1〕投资较大，
• 〔2〕需要同时设置加热、冷却装置。
4：空气加热灭菌法
• 利用空气压缩时产生的高温，使得微生物体内的蛋白质变 性，而到达杀菌目的，这种方法称为空气加热灭菌法。
↓ 进入发酵罐，开始生产。
鼓式过滤 ↓
第一次萃取器 ↓
纯化柱 ↓
第二次萃取器 ↓
第三次萃取器
↓ 真空结晶釜
↓ 瓷过滤器
↓ 结晶洗涤釜
↓ 真空枯燥器〔结束〕
•生产细则
•〔1〕使用消沫剂，由于发酵过程中产生大量的CO2，会产 生大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处 理。
•〔2〕温度控制在24-30℃、PH值控制在6. 8--7.2。
• 萃取的分类 • 〔1〕有机溶剂萃取 • 〔2〕双水相萃取
〔1〕有机溶剂萃取
• 许多抗生素都能够溶解在有机溶剂之中，如乙 酸乙酯、乙酸丁酯、因此，通过萃取，可使得 抗生素从水相进入有机相之中，从而实现别离。
• 由于抗生素在有机溶剂之中极不稳定，因此， 在保证萃取效率的前提条件下，必须尽量缩短 操作时间。
发酵工程第五章
第五章：有机酸发酵机 制与代谢控制
糖代谢途径
EMP途径 HMP途径 ED 途径 TCA循环
糖代谢的调节机制
糖代谢的能荷调节
能荷 = [ATP] +1/2[ADP] / [ATP] +[ADP] +[AMP] 显然，能荷在0——1之间 G 磷酸化酶 磷酸果糖激酶 糖原 葡萄糖 关键酶 柠檬酸合 异柠檬酸脱氢酶
柠檬酸是微生物生长代谢过程中 的一个中间性产物，在正常的微 生物体内不能够积累的，如果有 积累的话，与柠檬酸合成有关的 各种酶的活性，则会受到抑制或 阻遏，那么，柠檬酸发酵过程中， 这种抑制或阻遏是如何被克服的 呢？
（一）磷酸果糖激酶（PFK）活 性的调节
从葡萄糖到柠檬酸的合成过程中， PFK 是一种调节酶或者称之为关 键酶，其酶活性受到柠檬酸的强 烈抑制，这种抑制必须解除，否 则，柠檬酸合成的途径就会因为 该酶活性的抑制而被阻断，停止 柠檬酸的合成。
五、柠檬酸产生菌的育种
透明圈大的菌株 平板：10%甘薯 + 2 %的琼脂 + 0.5% CaCO3 现色圈大小 平板：麦汁培养基 + pH值指示剂 不分解柠檬酸的菌株 选育不长孢子、少长孢子、迟长 孢子的菌株
第二节 乳酸发酵机制
分类 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵
同型乳酸发酵
1葡萄糖 丙酮酸 乳酸脱氢酶
2乳酸
发酵菌种：乳酸链球菌、保加利亚乳 杆菌、德氏乳杆菌
异型乳酸发酵
异型乳酸发酵除生成乳酸外还生 成二氧化碳和乙醇和已酸 1，6磷酸葡萄糖途径 1葡萄糖 丙酮酸 乳酸脱氢酶 1 乳酸+乙醇 发酵菌种：肠膜明串球菌和葡聚 糖明串球菌
糖代谢途径
EMP途径 HMP途径 ED 途径 TCA循环
糖代谢的调节机制
糖代谢的能荷调节
能荷 = [ATP] +1/2[ADP] / [ATP] +[ADP] +[AMP] 显然，能荷在0——1之间 G 磷酸化酶 磷酸果糖激酶 糖原 葡萄糖 关键酶 柠檬酸合 异柠檬酸脱氢酶
柠檬酸是微生物生长代谢过程中 的一个中间性产物，在正常的微 生物体内不能够积累的，如果有 积累的话，与柠檬酸合成有关的 各种酶的活性，则会受到抑制或 阻遏，那么，柠檬酸发酵过程中， 这种抑制或阻遏是如何被克服的 呢？
（一）磷酸果糖激酶（PFK）活 性的调节
从葡萄糖到柠檬酸的合成过程中， PFK 是一种调节酶或者称之为关 键酶，其酶活性受到柠檬酸的强 烈抑制，这种抑制必须解除，否 则，柠檬酸合成的途径就会因为 该酶活性的抑制而被阻断，停止 柠檬酸的合成。
五、柠檬酸产生菌的育种
透明圈大的菌株 平板：10%甘薯 + 2 %的琼脂 + 0.5% CaCO3 现色圈大小 平板：麦汁培养基 + pH值指示剂 不分解柠檬酸的菌株 选育不长孢子、少长孢子、迟长 孢子的菌株
第二节 乳酸发酵机制
分类 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵
同型乳酸发酵
1葡萄糖 丙酮酸 乳酸脱氢酶
2乳酸
发酵菌种：乳酸链球菌、保加利亚乳 杆菌、德氏乳杆菌
异型乳酸发酵
异型乳酸发酵除生成乳酸外还生 成二氧化碳和乙醇和已酸 1，6磷酸葡萄糖途径 1葡萄糖 丙酮酸 乳酸脱氢酶 1 乳酸+乙醇 发酵菌种：肠膜明串球菌和葡聚 糖明串球菌
发酵工程技术制药课件
微生物发酵制药技术可生产抗生素、 维生素、氨基酸、酶制剂等各类药物 。
酶工程制药技术
酶工程制药技术是指利用酶的 催化作用，将原料转化为所需 的药物或中间体。
酶工程制药技术具有高效、专 一、条件温和等优点，广泛应 用于药物合成、手性药物制备 等领域。
酶工程制药技术可生产手性药 物、生物催化剂、药物中间体 等。
细胞工程制药技术是指利用细胞培养技术，生产具有生物活性的蛋白质药物或细胞 治疗剂。
细胞工程制药技术可生产细胞因子、生长因子、细胞疫苗等生物药物。
细胞工程制药技术具有生产效率高、安全性好等优点，是现代生物医药领域的重要 发展方向之一。
03
发酵工程制药工艺流程
微生物菌种的选育与培养
总结词
微生物菌种的选育与培养是发酵工程制药工艺流程的起始步骤，对后续发酵过程和产品质量具有重要影响。
在抗生素的发酵生产中，选育和改良微生物菌种 是关键，通过基因工程等手段不断优化微生物菌 种的抗生素合成能力，提高发酵产率。
目前，常见的抗生素发酵产品包括青霉素、头孢 菌素、红霉素等，这些抗生素在医疗领域广泛应 用，对于治疗各种感染性疾病具有重要作用。
维生素C的发酵生产
01
02
03
04
维生素C即抗坏血酸，是人体 必需的水溶性维生素之一， 具有抗氧化、增强免疫力等
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基 因组、转录组和蛋白质组进行深入 研究，挖掘潜在的生物制药资源。
提高发酵产物的产量与质量
菌种选育
通过自然选育、诱变育种和基因工程手段，筛选出具有优良性状 的菌种，提高发酵产物的产量和质量。
优化发酵条件
通过优化培养基配方、发酵温度、pH值等发酵条件，提高发酵产 物的产量和质量。
酶工程制药技术
酶工程制药技术是指利用酶的 催化作用，将原料转化为所需 的药物或中间体。
酶工程制药技术具有高效、专 一、条件温和等优点，广泛应 用于药物合成、手性药物制备 等领域。
酶工程制药技术可生产手性药 物、生物催化剂、药物中间体 等。
细胞工程制药技术是指利用细胞培养技术，生产具有生物活性的蛋白质药物或细胞 治疗剂。
细胞工程制药技术可生产细胞因子、生长因子、细胞疫苗等生物药物。
细胞工程制药技术具有生产效率高、安全性好等优点，是现代生物医药领域的重要 发展方向之一。
03
发酵工程制药工艺流程
微生物菌种的选育与培养
总结词
微生物菌种的选育与培养是发酵工程制药工艺流程的起始步骤，对后续发酵过程和产品质量具有重要影响。
在抗生素的发酵生产中，选育和改良微生物菌种 是关键，通过基因工程等手段不断优化微生物菌 种的抗生素合成能力，提高发酵产率。
目前，常见的抗生素发酵产品包括青霉素、头孢 菌素、红霉素等，这些抗生素在医疗领域广泛应 用，对于治疗各种感染性疾病具有重要作用。
维生素C的发酵生产
01
02
03
04
维生素C即抗坏血酸，是人体 必需的水溶性维生素之一， 具有抗氧化、增强免疫力等
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基 因组、转录组和蛋白质组进行深入 研究，挖掘潜在的生物制药资源。
提高发酵产物的产量与质量
菌种选育
通过自然选育、诱变育种和基因工程手段，筛选出具有优良性状 的菌种，提高发酵产物的产量和质量。
优化发酵条件
通过优化培养基配方、发酵温度、pH值等发酵条件，提高发酵产 物的产量和质量。
发酵工程制药ppt课件
避光、缺少营养）； 尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株。
48
菌种保藏的常用方法
斜面低温保藏法 石蜡油封存法 砂土管保藏法 麸皮保藏法 甘油悬液保藏法 冷冻真空干燥保藏法 液氮超低温保藏法 宿主保藏法
49
方法名称 斜面低温保藏法 石蜡油封存法
砂土管保藏法
麸皮保藏法 甘油悬液保藏法 冷冻真空干燥保藏法
自然选育 诱变育种 杂交育种 原生质体融合 基因工程
39
从自然界中获得新菌种
土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端 环境等
基本程序：
采样→预处理→富集培养→筛选→鉴定→野生型
菌株
40
诱变育种
物理或化学方法诱发突变。 物理诱变剂：紫外线、X-射线、γ-射线等 化学诱变剂：氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等
50
第三节 发酵方式
（一）分批培养 （二）连续培养 （三）其它培养方法
51
（一）分批培养
•1、分批培养的定义 •2、分批培养的生长过程 •3、分批培养过程中影响细胞生长的因素
52
分批培养的设备要求较少 操作也较简单
工业微生物生产中经常采用
1、分批培养的定 义
• 分批培养是一种间 歇式的培养方法，
36
真菌之其它
牛肝菌属：含有人体必需的8种氨基酸，还含有腺膘呤、 胆碱和腐胺等生物碱。
灵芝属：灵芝多糖、灵芝多肽、三萜类、16种氨基酸(其 中含有七种人体必需氨基酸)、蛋白质、甾类、甘露醇、 香豆精苷、生物碱、有机酸（主含延胡索酸），以及微量 元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。
37
发酵菌种的选育要求
饲料工业（单细胞蛋白） (Antibiotics…)
48
菌种保藏的常用方法
斜面低温保藏法 石蜡油封存法 砂土管保藏法 麸皮保藏法 甘油悬液保藏法 冷冻真空干燥保藏法 液氮超低温保藏法 宿主保藏法
49
方法名称 斜面低温保藏法 石蜡油封存法
砂土管保藏法
麸皮保藏法 甘油悬液保藏法 冷冻真空干燥保藏法
自然选育 诱变育种 杂交育种 原生质体融合 基因工程
39
从自然界中获得新菌种
土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端 环境等
基本程序：
采样→预处理→富集培养→筛选→鉴定→野生型
菌株
40
诱变育种
物理或化学方法诱发突变。 物理诱变剂：紫外线、X-射线、γ-射线等 化学诱变剂：氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等
50
第三节 发酵方式
（一）分批培养 （二）连续培养 （三）其它培养方法
51
（一）分批培养
•1、分批培养的定义 •2、分批培养的生长过程 •3、分批培养过程中影响细胞生长的因素
52
分批培养的设备要求较少 操作也较简单
工业微生物生产中经常采用
1、分批培养的定 义
• 分批培养是一种间 歇式的培养方法，
36
真菌之其它
牛肝菌属：含有人体必需的8种氨基酸，还含有腺膘呤、 胆碱和腐胺等生物碱。
灵芝属：灵芝多糖、灵芝多肽、三萜类、16种氨基酸(其 中含有七种人体必需氨基酸)、蛋白质、甾类、甘露醇、 香豆精苷、生物碱、有机酸（主含延胡索酸），以及微量 元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。
37
发酵菌种的选育要求
饲料工业（单细胞蛋白） (Antibiotics…)
第五章 发酵工程
• 2，灭菌与消毒的区别
• 灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环 境中所有微生物，包括营养细胞、细菌 芽孢和孢子
• 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容 器、器皿内外的病源微生物。
• • • •
• • • •
二、培养基灭菌的目的 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果： • 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力； • 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生 产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主； • 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 • 杂菌会降解目的产物； • 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品； • 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象
●
2）温度可能会影响终产物的质量
例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体 毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快， 最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。
3）温度还可能影响生物合成的方向
例如： 四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃下， 该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例提高； 在温度达到35℃时，则只产生四环素，金霉素的合成停止
发酵过程泡沫控制的方法
• 物理消沫法 • • 化学消沫法
消泡剂选择的原则：
① 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不影响生物合成。
② 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。
③ 能耐高压蒸汽灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀 性或不形成腐蚀性产物。 ④ 不影响以后的提炼过程。 ⑤ 不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头。
• 第一阶段：发酵原料的预处理
• 第二阶段：发酵过程的准备
• 第三阶段：发酵过程
• 第四阶段：产品的分离与纯化
生物制药 发酵工程制药
20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技 术产业的又一个成员，实现了对微生物的代谢进 行人工调节，这又使微生物技术进了一步。
20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂 工业这一成员。
20世纪70年代，为了解决由于人迅速增长而带来 的粮食短缺问题，进行了非碳水化合物代替碳水 化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生 产，培养单细胞蛋白，进行污水处理，能源开发 等。
3.微生物代谢产物发酵 微生物代谢产物很多。在菌体对数生长期所产
生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质和糖类等 是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代 谢产物。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一 些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植 物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显 关系，叫做次级代谢产物。
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的
一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
微生物的优点
• 微生物繁殖非常迅速 • 微生物培养易于控制 • 微生物本身也容易改造
微生物发酵
• 发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料经 过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过 程。
• 发酵工程：采用现代化工程技术手段，利用微生 物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或 直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
要措施； • 2、能够改变菌种的某些遗传性状，使之更适合于
工业生产，例如抗噬菌体的菌株能利用廉价发酵 原料或需氧量较小的菌株等。
选育方法
• 1、自然选育：是指微生物细胞群体不经过人工 处理而利用菌种的自发突变（spontaneous mutation）进行菌种筛选的育种方法。
• 效率低、进展缓慢。
• a. 准性生殖（parasexual reproduction）：是指真 菌中不通过有性生殖的基因重组过程。
20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂 工业这一成员。
20世纪70年代，为了解决由于人迅速增长而带来 的粮食短缺问题，进行了非碳水化合物代替碳水 化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生 产，培养单细胞蛋白，进行污水处理，能源开发 等。
3.微生物代谢产物发酵 微生物代谢产物很多。在菌体对数生长期所产
生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质和糖类等 是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代 谢产物。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一 些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植 物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显 关系，叫做次级代谢产物。
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的
一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
微生物的优点
• 微生物繁殖非常迅速 • 微生物培养易于控制 • 微生物本身也容易改造
微生物发酵
• 发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料经 过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过 程。
• 发酵工程：采用现代化工程技术手段，利用微生 物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或 直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
要措施； • 2、能够改变菌种的某些遗传性状，使之更适合于
工业生产，例如抗噬菌体的菌株能利用廉价发酵 原料或需氧量较小的菌株等。
选育方法
• 1、自然选育：是指微生物细胞群体不经过人工 处理而利用菌种的自发突变（spontaneous mutation）进行菌种筛选的育种方法。
• 效率低、进展缓慢。
• a. 准性生殖（parasexual reproduction）：是指真 菌中不通过有性生殖的基因重组过程。
生物制药-发酵工程
细胞破碎
采用物理或化学方法破碎细胞，释放细胞内含物。
分离纯化
利用各种分离纯化技术，如离心、过滤、萃取、层析等，将目标产物从细胞破碎 液中分离出来并进行纯化。
04
生物制药的未来发展
新药研发与临床试验
创新药物研发
利用基因组学、蛋白质组学等技术， 发现和验证新药靶点，开发出针对特 定疾病的新药物。
临床试验
生物制药-发酵工程
• 生物制药概述 • 发酵工程在生物制药中的应用 • 发酵工程的关键技术 • 生物制药的未来发展 • 案例分析
01
生物制药概述
生物制药的定义与特点
生物制药的定义
生物制药是指利用生物技术手段，通过微生物发酵、细胞培 养、酶反应等过程，从生物体中提取、分离、纯化出具有药 用价值的生物活性物质或其衍生物，用于预防、诊断和治疗 人类疾病的一类药品。
02
发酵工程在生物制药中的应用
微生物发酵
微生物发酵是生物制药中常用的技术 手段，通过微生物发酵生产各种药物， 如抗生素、疫苗、生长因子等。
微生物发酵的过程需要经过菌种筛选、 培养基配制、发酵过程控制等环节， 这些环节都对最终产品的质量和产量 有着至关重要的影响。
微生物发酵具有高效率、低成本、大 规模生产等优点，能够满足市场需求， 同时也有利于提高药品质量和安全性。
详细描述
重组蛋白药物的生产涉及基因克隆、载体构 建、转化、表达及纯化等多个环节。目前市 场上已有多种重组蛋白药物，如胰岛素、人 生长激素、干扰素等。
案例三：基因工程疫苗的研发与生产
总结词
基因工程疫苗是利用基因工程技术制备的疫苗，通过将病原体的抗原基因导入微生物或 细胞中，实现病原体的抗原表达，从而激发人体免疫反应，达到预防和治疗疾病的目的。
采用物理或化学方法破碎细胞，释放细胞内含物。
分离纯化
利用各种分离纯化技术，如离心、过滤、萃取、层析等，将目标产物从细胞破碎 液中分离出来并进行纯化。
04
生物制药的未来发展
新药研发与临床试验
创新药物研发
利用基因组学、蛋白质组学等技术， 发现和验证新药靶点，开发出针对特 定疾病的新药物。
临床试验
生物制药-发酵工程
• 生物制药概述 • 发酵工程在生物制药中的应用 • 发酵工程的关键技术 • 生物制药的未来发展 • 案例分析
01
生物制药概述
生物制药的定义与特点
生物制药的定义
生物制药是指利用生物技术手段，通过微生物发酵、细胞培 养、酶反应等过程，从生物体中提取、分离、纯化出具有药 用价值的生物活性物质或其衍生物，用于预防、诊断和治疗 人类疾病的一类药品。
02
发酵工程在生物制药中的应用
微生物发酵
微生物发酵是生物制药中常用的技术 手段，通过微生物发酵生产各种药物， 如抗生素、疫苗、生长因子等。
微生物发酵的过程需要经过菌种筛选、 培养基配制、发酵过程控制等环节， 这些环节都对最终产品的质量和产量 有着至关重要的影响。
微生物发酵具有高效率、低成本、大 规模生产等优点，能够满足市场需求， 同时也有利于提高药品质量和安全性。
详细描述
重组蛋白药物的生产涉及基因克隆、载体构 建、转化、表达及纯化等多个环节。目前市 场上已有多种重组蛋白药物，如胰岛素、人 生长激素、干扰素等。
案例三：基因工程疫苗的研发与生产
总结词
基因工程疫苗是利用基因工程技术制备的疫苗，通过将病原体的抗原基因导入微生物或 细胞中，实现病原体的抗原表达，从而激发人体免疫反应，达到预防和治疗疾病的目的。
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT
发酵工程 （Fermentation Engineering）
1
医学ppt
第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
2
医学ppt
一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
4
医学ppt
二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
医学ppt
22
2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
23
医学ppt
放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
医学ppt
24
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
5
80 年代以来：重组DNA 技术
医学ppt
三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
1
医学ppt
第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
2
医学ppt
一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
4
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二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
医学ppt
22
2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
23
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放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
医学ppt
24
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
5
80 年代以来：重组DNA 技术
医学ppt
三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
发酵工程制药概述第二抗生素类药物概述常用资料
象，故也应进行分阶段的控制。碱、酶不稳定，故应尽量 在低温、清洁和严格控制的化学环境下快速操作；
（2）根据选择 链霉素、卡那霉素、庆大霉素
结构特点：以四并苯为母核。
性
、分
离因素
和经
济性
，
选择
适当
的几步
提
炼工艺组合，以达到所需要成品纯度； 抑制电子转移的竹桃霉素、抗霉素，抑制氧化磷酸化的短杆菌素、寡霉素。
是
化学研究
是否新药
动物实验
否
是否有效
否
否
是否新活性
放弃
毒理研究
是
是否有毒
是
否
临床试验
报批生产
是
是否安全
否
放弃
菌株鉴定 放弃
放弃
抗生素类药物概述
• 抗生素的定义 • 抗生素的发展史 • 抗生素的命名 • 抗生素的分类 • 抗生素的抗菌谱 • 抗生素剂量表示法
抗生素的定义
抗生素是生物在其生命活动过程中产生的、 在低微浓度下能选择性地抑制他种生物机 能的有机物质。
主4、要抑是制W细ak胞s核m酸an合小品成组的。和抗生环素 境都要进行严格的质量监控； （4）树立高度的安全防护意识，严格实施防火、防爆、防 （6）菌种保存应采用冷冻干燥管或液氮管，可长期保持菌种存活和生产能力稳定。
（4）发酵全过程要求用无菌压缩空气、保持罐内压力大于大气压；
中毒、防窒息等安全操作规程； 3、对一些有纪念意义或按抗生素产生菌的分离地方命名及习惯上已采用的俗名仍可继续使用。
抗生素的命名
• 1、凡是由动植物或菌类产生的抗生素，其命名根 据动物学、植物学菌属学的名称而定。如：青霉 素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、蒜素、黄连素 、鱼素等。
（2）根据选择 链霉素、卡那霉素、庆大霉素
结构特点：以四并苯为母核。
性
、分
离因素
和经
济性
，
选择
适当
的几步
提
炼工艺组合，以达到所需要成品纯度； 抑制电子转移的竹桃霉素、抗霉素，抑制氧化磷酸化的短杆菌素、寡霉素。
是
化学研究
是否新药
动物实验
否
是否有效
否
否
是否新活性
放弃
毒理研究
是
是否有毒
是
否
临床试验
报批生产
是
是否安全
否
放弃
菌株鉴定 放弃
放弃
抗生素类药物概述
• 抗生素的定义 • 抗生素的发展史 • 抗生素的命名 • 抗生素的分类 • 抗生素的抗菌谱 • 抗生素剂量表示法
抗生素的定义
抗生素是生物在其生命活动过程中产生的、 在低微浓度下能选择性地抑制他种生物机 能的有机物质。
主4、要抑是制W细ak胞s核m酸an合小品成组的。和抗生环素 境都要进行严格的质量监控； （4）树立高度的安全防护意识，严格实施防火、防爆、防 （6）菌种保存应采用冷冻干燥管或液氮管，可长期保持菌种存活和生产能力稳定。
（4）发酵全过程要求用无菌压缩空气、保持罐内压力大于大气压；
中毒、防窒息等安全操作规程； 3、对一些有纪念意义或按抗生素产生菌的分离地方命名及习惯上已采用的俗名仍可继续使用。
抗生素的命名
• 1、凡是由动植物或菌类产生的抗生素，其命名根 据动物学、植物学菌属学的名称而定。如：青霉 素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、蒜素、黄连素 、鱼素等。
发酵工程制药工艺技术基础应用护理课件
免疫性疾病和感染性疾病等。
生物农药的发酵生产
生物农药概述
生物农药是一类由天然生物资源加工而成的农药，具有环保、低 毒、高效等特点。
生物农药发酵生产工艺流程
通过微生物发酵技术生产生物农药，包括菌种筛选、发酵条件优化 、提取和纯化等步骤。
生物农药发酵生产的应用
生物农药广泛应用于农业领域，用于防治病虫害，提高农作物产量 和品质。
酶工程制药技术是利用酶的催化作用生产药物的过程，具有 高效率、高选择性、低能耗等优点。
酶工程制药技术是利用酶的催化作用生产药物的过程，具有 高效率、高选择性、低能耗等优点。通过酶的固定化技术， 可以连续生产药物，广泛应用于制药工业中。
细胞培养技术
细胞培养技术是利用细胞生长繁殖的特性生产药物的过程 ，具有高度模拟体内生理环境等优点。
02
发酵工程制药工艺技术基 础
微生物发酵技术
微生物发酵技术是利用微生物的代谢过程生产药物的过程，具有高效、环保、可 持续等优点。
微生物发酵技术是利用微生物的代谢过程生产药物的过程，具有高效、环保、可 持续等优点。通过控制发酵条件，可以生产出各种药物，如抗生素、维生素、氨 基酸等。
酶工程制药技术
免疫调节药物的发酵生产
体免疫功能的药物，用于治疗
免疫系统相关疾病。
免疫调节药物发酵生产工艺流程
02
与抗生素发酵生产类似，包括菌种制备、种子扩大培养、发酵
罐发酵、提取和纯化等步骤。
免疫调节药物发酵生产的应用
03
免疫调节药物在临床治疗中广泛应用，如用于治疗肿瘤、自身
发酵工程制药工艺技术对护理的影响
提高药物生产效率
发酵工程技术能够大规模生产药 物，提高生产效率，降低生产成
《发酵工程及其应用》 讲义
《发酵工程及其应用》讲义一、发酵工程的定义与发展历程发酵工程，简单来说，就是通过微生物的生长和代谢活动来生产有用物质的技术。
它是生物技术的重要组成部分，对人类的生产和生活产生了深远的影响。
发酵工程的历史可以追溯到几千年前，古代人类就已经学会利用发酵来制作食品和饮料，比如酿酒、制作酸奶和面包等。
然而，真正意义上的现代发酵工程始于 19 世纪中叶，当时法国科学家巴斯德揭示了发酵的本质是微生物的作用。
20 世纪初，随着微生物纯培养技术的建立，发酵工程开始进入工业化生产阶段。
在第一次世界大战期间，丙酮和丁醇的发酵生产为战争提供了重要的化工原料。
此后，抗生素的大规模发酵生产使得发酵工程在医药领域取得了巨大的成功。
20 世纪中叶以来，随着基因工程、细胞工程等生物技术的发展，发酵工程不断融合新的技术和理念，实现了从传统发酵到现代发酵的跨越。
如今，发酵工程已经广泛应用于医药、食品、农业、化工、环保等多个领域，成为推动经济发展和社会进步的重要力量。
二、发酵工程的基本原理发酵工程的基本原理是利用微生物的代谢能力，将原料转化为目标产物。
微生物在生长和代谢过程中，会产生一系列的酶，这些酶能够催化各种化学反应，从而实现物质的转化。
微生物的代谢类型多种多样，包括有氧呼吸、无氧呼吸和发酵等。
不同的微生物和代谢方式适用于不同的发酵过程。
例如，酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵，而醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸。
在发酵过程中，需要为微生物提供适宜的生长环境，包括营养物质、温度、pH 值、溶氧等。
通过控制这些条件，可以调节微生物的生长和代谢，提高发酵效率和产物质量。
此外，发酵过程还涉及到微生物的选育和改造。
通过基因工程等技术手段，可以获得具有优良性状的微生物菌株，提高发酵性能和产物产量。
三、发酵工程的基本流程发酵工程通常包括以下几个基本流程：1、菌种选育这是发酵工程的起点，需要从自然界中筛选或通过基因工程等手段构建具有特定性能的微生物菌种。
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发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
发酵工程制药：利用微生物的特定性状，通过 化学工程在反应器内中生产生产药物的一种技术 体系。
发酵工程的发展简史
1.自然发酵阶段。发酵技术有着悠久的历 史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒 、制酱、制奶酪等生产。 2.纯培养技术的建立。 3.深层通风培养技术的建立。 4.代谢控制发酵技术的建立。 5.固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程 技术的建立。
第3节 微生物发酵工艺过程的控制
第一节 发酵工程制药基础
1. 发酵工艺设计的关键技术是对微生物代谢调控的研究，因在发酵制药中，微生物是药 物的生源。
2. 通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生 物的特点及营养需求。
一、 微生物发酵生产的药物
1. 问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
2、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
常见真菌：
藻状菌纲：根霉---生产甾体激素、延胡索素 及酶制剂
子囊菌纲：酵母菌属
担子菌纲：灵芝 半知菌纲: 曲霉属、青霉属、头孢菌属
3、细菌 细菌的形态：球形、杆形、螺旋形
球菌 螺旋菌
杆菌
细菌的代谢类型与在生态系统中处于的地位?
异养需氧型 异养厌氧型 自养需氧型 自养厌氧型
分解者或消费者 生产者
生物制药技术
李光勇 手机：15266892046 邮箱：gyli53@
基因工程药物制备的一般过程
获得目的基因 目的基因的体 构建表达系统
外重组
（如大肠杆菌）
产物分离纯化
除菌过滤
半成品检定
培养工程菌
（大肠杆菌）
成品检定
包装
发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
细菌的菌落：
单个或者少数细菌在固体培养基上大量 繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定 形态结构的子细胞群体。
• 第一个转折点：非食品工业
• 第二个转折点：青霉素→抗菌素发酵工业
• 第三个转折点：切断支路代谢:酶的活力调 控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解 除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用,前体 、终产物、副产物等
• 近代转折点：基因、动物、海洋
发酵工程的现状及发展前景
• 在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的5%。在医 药产品中，发酵产品的产值占20%。在医药、食品、化工 、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的用。
二、 发酵制药工业中的微生物
（一） 常用制药微生物的种类
1. 制药微生物的营养需求 2. 制药微生物的选育和菌种保藏
常见的药用微生物
微生物：指形体微小(小于0.1mm)，结构简单，在 适宜环境中能迅速生长繁殖，易变异，通常要借助显 微镜才能看清楚的生物。目前已经知道的微生物约有 10万种，分布在以下各界中： 原核生物界：例如细菌、放线菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌、霉菌、大型真菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫、衣藻 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒、噬菌体
3. 简单浏览下第13-14页内容，回答发酵工程的特点及发酵工艺？
4. 简单浏览下第5章内容，并概括下你所认为的主要内容。
第5章 发酵程制药
第1节 发酵工程制药基础
一、微生物发酵生产的药物 二、发酵制药工业中的的微生物
第2节 微生物制药发酵工艺
结合微生物学和生物化学，浅谈 了发酵制药工业的理论基础
• 目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元左右，并以 每年约7％～8％的速率增长。
• 我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产 值高达1300亿元。
• 发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力
发 酵 工 程 ── 利用微生物进行产品生产
传统生物技术
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、
1、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
放线菌的结构
气
孢
生
子
菌
丝
丝
孢子
培养基
基内菌丝
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、
生物农药、生物肥料等
现代生物技术 基因工程菌发酵
基因工程药物、疫苗及抗体产品
医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业
化学工程 生物化工 生物加工行业
1. 简单浏览下第13页内容，整理下发酵、工业发酵、发酵工艺、 发酵工程的关系？ 2. 简单浏览下第13页内容，回答发酵工程的组成与内容？
• 人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工 业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真 菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。
• 随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发 展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物， 使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶 段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要 组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因 工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其 产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素 、干扰素和生长激素等。
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下， 分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格 地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能 反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精 并放出CO2。
工业上的发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品 的过程 包括：厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等； 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、 酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、 酶等。
发酵工程制药：利用微生物的特定性状，通过 化学工程在反应器内中生产生产药物的一种技术 体系。
发酵工程的发展简史
1.自然发酵阶段。发酵技术有着悠久的历 史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒 、制酱、制奶酪等生产。 2.纯培养技术的建立。 3.深层通风培养技术的建立。 4.代谢控制发酵技术的建立。 5.固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程 技术的建立。
第3节 微生物发酵工艺过程的控制
第一节 发酵工程制药基础
1. 发酵工艺设计的关键技术是对微生物代谢调控的研究，因在发酵制药中，微生物是药 物的生源。
2. 通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生 物的特点及营养需求。
一、 微生物发酵生产的药物
1. 问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
2、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
常见真菌：
藻状菌纲：根霉---生产甾体激素、延胡索素 及酶制剂
子囊菌纲：酵母菌属
担子菌纲：灵芝 半知菌纲: 曲霉属、青霉属、头孢菌属
3、细菌 细菌的形态：球形、杆形、螺旋形
球菌 螺旋菌
杆菌
细菌的代谢类型与在生态系统中处于的地位?
异养需氧型 异养厌氧型 自养需氧型 自养厌氧型
分解者或消费者 生产者
生物制药技术
李光勇 手机：15266892046 邮箱：gyli53@
基因工程药物制备的一般过程
获得目的基因 目的基因的体 构建表达系统
外重组
（如大肠杆菌）
产物分离纯化
除菌过滤
半成品检定
培养工程菌
（大肠杆菌）
成品检定
包装
发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
细菌的菌落：
单个或者少数细菌在固体培养基上大量 繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定 形态结构的子细胞群体。
• 第一个转折点：非食品工业
• 第二个转折点：青霉素→抗菌素发酵工业
• 第三个转折点：切断支路代谢:酶的活力调 控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解 除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用,前体 、终产物、副产物等
• 近代转折点：基因、动物、海洋
发酵工程的现状及发展前景
• 在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的5%。在医 药产品中，发酵产品的产值占20%。在医药、食品、化工 、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的用。
二、 发酵制药工业中的微生物
（一） 常用制药微生物的种类
1. 制药微生物的营养需求 2. 制药微生物的选育和菌种保藏
常见的药用微生物
微生物：指形体微小(小于0.1mm)，结构简单，在 适宜环境中能迅速生长繁殖，易变异，通常要借助显 微镜才能看清楚的生物。目前已经知道的微生物约有 10万种，分布在以下各界中： 原核生物界：例如细菌、放线菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌、霉菌、大型真菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫、衣藻 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒、噬菌体
3. 简单浏览下第13-14页内容，回答发酵工程的特点及发酵工艺？
4. 简单浏览下第5章内容，并概括下你所认为的主要内容。
第5章 发酵程制药
第1节 发酵工程制药基础
一、微生物发酵生产的药物 二、发酵制药工业中的的微生物
第2节 微生物制药发酵工艺
结合微生物学和生物化学，浅谈 了发酵制药工业的理论基础
• 目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元左右，并以 每年约7％～8％的速率增长。
• 我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产 值高达1300亿元。
• 发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力
发 酵 工 程 ── 利用微生物进行产品生产
传统生物技术
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、
1、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
放线菌的结构
气
孢
生
子
菌
丝
丝
孢子
培养基
基内菌丝
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、
生物农药、生物肥料等
现代生物技术 基因工程菌发酵
基因工程药物、疫苗及抗体产品
医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业
化学工程 生物化工 生物加工行业
1. 简单浏览下第13页内容，整理下发酵、工业发酵、发酵工艺、 发酵工程的关系？ 2. 简单浏览下第13页内容，回答发酵工程的组成与内容？
• 人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工 业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真 菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。
• 随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发 展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物， 使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶 段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要 组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因 工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其 产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素 、干扰素和生长激素等。
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下， 分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格 地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能 反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精 并放出CO2。
工业上的发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品 的过程 包括：厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等； 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、 酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、 酶等。